重慶市建筑外遮陽節(jié)能潛力分析

吳俊楠，王凈怡，楊元華

（1重慶市建設(shè)技術(shù)發(fā)展中心，重慶 400015；2重慶市建筑節(jié)能中心，重慶 400015）

0 引言

資料顯示，我國公共建筑單位建筑面積空調(diào)用電負(fù)荷達(dá)200kW·h/m2左右，能源浪費極為嚴(yán)重，而空調(diào)的長時間開啟勢必造成供電緊張，威脅城市供電安全，空調(diào)消耗大量能源，還會造成城市熱島效應(yīng)，加劇環(huán)境惡化。夏熱冬冷地區(qū)夏季太陽輻射得熱是形成建筑能耗的主要原因，建筑開口部位一般約占建筑表面積的4/1～1/6，但制冷及采暖空調(diào)能源超過一半，夏季用電需求尤為突出。建筑外遮陽以其對室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量的有效調(diào)控，以及在降低建筑能耗方面的積極作用，越來越受到行業(yè)關(guān)注。

1 外遮陽形式及其特點

建筑外遮陽措施可以分為三類：一是利用綠化的外遮陽；二是結(jié)合建筑構(gòu)件處理的外遮陽；三是專門設(shè)置的外遮陽。針對窗口的遮陽主要是后兩種。結(jié)合建筑構(gòu)件的外遮陽可以分為四類：水平式遮陽、垂直式遮陽、擋板式遮陽以及綜合式遮陽。專門設(shè)置的遮陽種類繁多，有卷簾遮陽、織物遮陽、百葉簾遮陽、木格柵遮陽、鋁合金格柵遮陽、鋁合金機(jī)翼遮陽等[1]。上述遮陽亦可劃分為兩大類：固定外遮陽和活動外遮陽。固定外遮陽其優(yōu)點是可以有效遮擋太陽直射和漫反射光線；缺點是視線有一定程度的限制?；顒油庹陉柶鋬?yōu)點是可以根據(jù)室外光線情況進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，遮陽效果好；缺點是一定程度上影響了視覺和空氣流通，價格相對于固定外遮陽較高。

以下選取重慶地區(qū)不同功能的6棟建筑，對其遮陽潛力進(jìn)行分析。

表1 建筑的體形系數(shù)、窗墻比及圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能參數(shù)

2 建筑的選取

在建筑類型選擇及圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)成上，參考了重慶地區(qū)大量的實例工程，并結(jié)合實際可行性，最終選定了6棟建筑[2-3]。 各建筑體形系數(shù)、窗墻比和圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能參數(shù)如表1所示。

3 外遮陽節(jié)能潛力分析

3.1 研究方法

按功能分類選定建筑作為研究對象，使用中國建筑科學(xué)研究院建筑工程軟件研究所開發(fā)的建筑節(jié)能設(shè)計分析軟件（PBECA）建立模型，進(jìn)而使用DOE-2軟件即可進(jìn)行詳細(xì)的負(fù)荷模擬及分析。分析所需氣象數(shù)據(jù)采用了典型氣象年數(shù)據(jù)。典型氣象年是以近30年氣象數(shù)據(jù)的月平均值為依據(jù)，從近10年的資料中選取一年各月接近30年的氣象參數(shù)平均值，并對月間做平滑處理。九十年代以來，典型氣象年被廣泛應(yīng)用到建筑能耗模擬領(lǐng)域。通過分析圍護(hù)結(jié)構(gòu)在夏季向室內(nèi)傳熱形成的冷負(fù)荷組成，即可得出太陽輻射得熱的冷負(fù)荷占圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷的比例，從而定性地分析外遮陽帶來的節(jié)能效果。

表3 固定外遮陽對建筑節(jié)能率的影響

圖1 建筑逐月輻射得熱冷負(fù)荷

3.2 建筑的外遮陽節(jié)能潛力

表2 建筑全年冷負(fù)荷組成

建筑全年冷負(fù)荷是對建筑逐時冷負(fù)荷的累加，對其進(jìn)行分析可以定量地統(tǒng)計不同圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的能耗比例，按3.1節(jié)研究方法對6棟建筑全年負(fù)荷構(gòu)成進(jìn)行分析，建筑的全年冷負(fù)荷組成如表2所示。

形成的冷負(fù)荷在一定意義上代表了太陽輻射不同月份的強(qiáng)度及其對房間的熱擾程度。圖1顯示了建筑逐月輻射得熱所形成的冷負(fù)荷。

通過以上分析，可得出結(jié)論：6棟建筑太陽輻射形成的冷負(fù)荷占圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷的比例最大，最小達(dá)到42%，最大達(dá)到62%；太陽輻射得熱所形成的冷負(fù)荷主要集中在5—9月，這5個月的總和約占圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷的75%。

表4 活動外遮陽對建筑節(jié)能率的影響

4 不同外遮陽形式對節(jié)能率的影響

采用能耗模擬手段，分別針對不同形式的外遮陽布置在建筑不同朝向時的能耗，分析其對節(jié)能率的影響[2-3]，表3顯示了固定外遮陽對建筑節(jié)能率的影響，表4顯示了活動外遮陽對建筑節(jié)能率的影響。

5 結(jié)語

通過上述分析，可以看到測算建筑在重慶地區(qū)氣候條件下，建筑太陽輻射形成的冷負(fù)荷占圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷的比例最小達(dá)到42%，最大達(dá)到62%，建筑外遮陽節(jié)能潛力巨大。當(dāng)建筑采用固定水平遮陽時，相對節(jié)能率最高可達(dá)5.96%；采用固定垂直遮陽時，相對節(jié)能率最高可達(dá)3.62%；采用固定綜合遮陽時，相對節(jié)能率最高達(dá)到8.43%；當(dāng)建筑采用活動水平遮陽時，相對節(jié)能率最高達(dá)到9.64%；當(dāng)建筑采用活動垂直遮陽時，相對節(jié)能率最高達(dá)到8.52%；當(dāng)建筑采用活動水平百葉遮陽時，相對節(jié)能率最高達(dá)到12.62%；當(dāng)建筑采用活動垂直百葉遮陽時，相對節(jié)能率最高達(dá)到10.87%；當(dāng)建筑采用熱致調(diào)光中空玻璃時，相對節(jié)能率最高達(dá)到13.64%?？紤]重慶地區(qū)夏季太陽輻射強(qiáng)度大，冬季日照少的氣候特點，外遮陽技術(shù)應(yīng)兼顧夏季遮擋太陽直射光，冬季不影響天然采光的功能要求。建筑采用外遮陽技術(shù)時，建議優(yōu)先選用活動外遮陽，在不考慮增量成本的前提下熱致調(diào)光中空玻璃效果最優(yōu)；當(dāng)采用固定外遮陽時，綜合遮陽節(jié)能效果最優(yōu)，但其對室內(nèi)天然采光影響較大，不建議選用，建議采用水平遮陽和垂直遮陽。